Материалы для оптических приборов глаза
Глаз — это оптический прибор, присущий человеку от природы. Он позволяет читать статью по физике 😀 или любоваться лицом красивого или привлекательного парня 🙂 А что, если ваши глаза функционируют неправильно? Вы наверняка знаете ответ на этот вопрос. Поэтому будьте благодарны, если у вас всё ещё здоровые глаза и вы можете ясно видеть. Слепой человек, конечно, ничего не видит и может лишь представить себе состояние мира, в котором мы живём сегодня.
Здоровые, хорошо функционирующие глаза – мечта каждого. Однако реальность иногда не оправдывает ожиданий. Некоторым людям суждено столкнуться с нарушениями зрения, которые мешают им четко видеть. Достижения науки, особенно физики, позволили создать вспомогательные средства для зрения, такие как очки и контактные линзы.
В этой статье рассматривается принцип работы глаза, позволяющий человеку видеть. Объяснение работы глаза в данной статье связано с геометрической оптикой , которая включает в себя преломление света, фокусировку и формирование изображений объектов глазом. Подробное объяснение работы глаза выходит за рамки этой статьи. Нарушения зрения, а также принцип действия очков и контактных линз рассматриваются в последующих статьях.
Части глаза
роговица или глазная мембрана Роговица — это твердая, полупрозрачная мембрана, покрывающая переднюю часть глаза. Световые лучи, попадающие в глаз, в большей степени преломляются роговицей.
Ученик или глазные яблоки Зрачок — это чёрная часть человеческого глаза. Зрачок чёрный, поэтому он поглощает почти весь свет и почти ничего не отражает. Зрачок — это отверстие, через которое свет попадает в глаз. Чем больше зрачок, тем больше света попадает в глаз, и наоборот, чем меньше зрачок, тем меньше света попадает в глаз.
Ирис или ирис Радужная оболочка контролирует размер зрачка. Когда вокруг глаза очень ярко, радужная оболочка сужает зрачок, а когда вокруг тускло, она расширяет зрачок, позволяя большему количеству света попадать в глаз. Если вы когда-нибудь наблюдали разницу в размерах зрачков у кошек днем и ночью, вы легко поймете функцию радужной оболочки.
Ресничная мышца выполняет функцию изменения кривизны хрусталика глаза. Изменения кривизны хрусталика влияют на его фокусное расстояние. Если глаз наблюдает за объектом на очень большом расстоянии, ресничная мышца расслабляется, в результате чего радиус кривизны хрусталика увеличивается, а фокусное расстояние увеличивается. Если глаз наблюдает за объектом на близком расстоянии, ресничная мышца сокращается, в результате чего радиус кривизны хрусталика уменьшается, а фокусное расстояние уменьшается. Таким образом, косвенно функция ресничной мышцы заключается в контроле фокусного расстояния хрусталика глаза, чтобы глаз мог хорошо сфокусировать изображение объекта. Изменения фокусного расстояния хрусталика глаза называются аккомодацией.
Хрусталик глаза — это собирающая линза, также известная как выпуклая линза или положительная линза . Хотя большая часть света, попадающего в глаз, преломляется в роговице, хрусталик также преломляет и фокусирует световые лучи, так что изображение объекта формируется точно на сетчатке. Изображение должно сформироваться на сетчатке, чтобы объекты были четко видны. Сетчатка преобразует световые волны в электрические сигналы, которые затем передаются по зрительному нерву в мозг.
Максимальное и минимальное размещение
аккомодация глаз Фокусное расстояние (f) хрусталика глаза — это регулировка фокусного расстояния (f) хрусталика в соответствии с расстоянием до объекта, видимого глазом, таким образом, чтобы изображение объекта фокусировалось на сетчатке. Фокусное расстояние хрусталика глаза — это расстояние между хрусталиком и его фокусной точкой (F). Изменения кривизны хрусталика приводят к изменению радиуса кривизны хрусталика и, следовательно, к изменению фокусного расстояния хрусталика, как показано на рисунке.
Если глаз наблюдает объект на дальняя точкаВ результате цилиарная мышца расслабляется, что приводит к уплощению хрусталика глаза, увеличению радиуса кривизны и фокусного расстояния. Дальняя точка — это максимальное расстояние, на котором глаз может сфокусироваться, при этом нормальной дальней точкой глаза является бесконечность. Когда глаз регулирует фокусное расстояние хрусталика для фокусировки на объектах, находящихся в дальней точке или в бесконечности, глаз минимальное размещение.
С другой стороны, когда глаз наблюдает за объектом на близком расстоянии, ресничная мышца напрягается (сокращается), в результате чего хрусталик глаза становится более изогнутым, так что радиус кривизны и фокусное расстояние хрусталика увеличиваются. Расстояние до объекта, ближайшего к глазу, на котором глаз все еще может сфокусироваться, называется ближняя точкаВ среднем, ближняя точка зрения человека составляет 25 см. Когда глаз фокусируется на объекте, расположенном на близком расстоянии (25 см), он максимально аккомодирует.
Формирование тени объекта
Очень дальнее расстояние до объекта
Если расстояние до объекта бесконечно, кривизна хрусталика глаза становится плоской, так что фокусное расстояние линзы увеличивается, при этом фокусное расстояние (f) должно быть равно расстоянию до изображения (s'). Расстояние до изображения — это расстояние между линзой и точкой пересечения преломленных световых лучей глаза. Точка пересечения световых лучей совпадает с сетчаткой. Таким образом, можно заключить, что когда глаз наблюдает объект на бесконечном расстоянии, кривизна хрусталика глаза становится плоской до тех пор, пока фокусное расстояние линзы (f) не станет равным расстоянию между хрусталиком глаза и сетчаткой. Световые лучи должны пересекаться на сетчатке, чтобы свет мог быть преобразован в электрические сигналы нервными клетками сетчатки, а затем передан в мозг по зрительному нерву.
Ниже приведено математическое доказательство того, почему, когда расстояние до объекта (s) очень велико или если объект находится на бесконечном расстоянии, фокусное расстояние линзы (f) должно быть таким же, как и расстояние до изображения (s'). Связь между фокусным расстоянием (f), расстоянием до объекта (s) и расстоянием до изображения (s') выражается следующим уравнением.
1/f = 1/s + 1/s' —– Уравнение 1
Окуляр представляет собой собирающую линзу, поэтому фокусное расстояние (f) положительно. Расстояние до объекта (s) бесконечно, поэтому замените расстояние до объекта (s) в уравнении 1 символом бесконечности.
1/f = 1/~ + 1/s'
1/f = 0 + 1/s'
1/f = 1/s'
s' = f —– Уравнение 2
Уравнение 2 показывает, что в собирающей или выпуклой линзе, если расстояние до объекта бесконечно, то фокусное расстояние (f) совпадает с расстоянием до изображения (s').
Очень близкое расстояние до объекта
Что если объект находится близко к глазу? Вогнутая линза может формировать как мнимое, так и действительное изображение. Действительное изображение создается выпуклой линзой, когда расстояние до объекта (s) больше фокусного расстояния линзы (f). Это обсуждалось в соответствующей теме. выпуклое линзовое изображение.
Ранее было объяснено, что ближайший объект, на котором нормальный глаз может правильно сфокусироваться, находится на расстоянии 25 см. Следовательно, фокусное расстояние должно быть меньше 25 см. Оно также не может быть 25 см, потому что в этом случае изображение оказалось бы в бесконечности, что неразумно, учитывая малый размер зрачка.
Расчет для оценки фокусного расстояния (f) системы хрусталика глаза:
1/f = 1/s + 1/s' —– Уравнение 1
Ближняя точка нормального глаза составляет 25 см, следовательно, ближайшее расстояние до объекта (s) равно 25 см. Расстояние между роговицей и глазом составляет около 2,5 см. Изображение кажется четким, если световой луч падает на сетчатку, поэтому расстояние между роговицей и хрусталиком считается расстоянием до изображения (s').
1/f = 1/s + 1/s'
1/f = 1/25 + 1/2,5 = 1/25 + 10/25 = 11/25
ф = 25/11
f = 2,27 см
Разница между расстоянием до изображения (s') и фокусным расстоянием (f) составляет 2,5 см – 2,27 см = 0,23 см. На основании приведенных выше результатов расчетов можно сделать вывод, что фокусное расстояние (f) меньше расстояния до изображения (s'). Фокусная точка глаза находится на расстоянии 0,23 см слева от точки изображения или сетчатки.
Хрусталик глаза имеет конвергентную функцию, поэтому изображение, формирующееся на сетчатке, хотя и является реальным, перевернуто. Даже несмотря на то, что изображение на сетчатке перевернуто, нервы головного мозга восстанавливают его прямое положение. Как это можно объяснить? 🙂
Примеры вопросов об оптических приборах для проверки зрения.
1. EBTANAS-SMP-01-15
Описание формирования изображения при близорукости...
Обсуждение
Близорукость, или миопия, — это нарушение зрения, при котором глаз не может четко видеть объекты на расстоянии.
Причиной близорукости является более выраженная кривизна роговицы и хрусталика (горизонтальная часть глазного яблока слишком длинная), в результате чего фокусное расстояние системы роговица-хрусталик уменьшается, из-за чего световые лучи от удаленной точки фокусируются перед сетчаткой. Бесконечные световые лучи не фокусируются на сетчатке, поэтому нервные клетки сетчатки не могут преобразовать световые волны в электрические сигналы для передачи в мозг.
Правильный ответ — B.
2. EBTANAS-SMP-02-15
На правильном изображении показано образование теней у людей с близорукостью...
Обсуждение
Близорукость, или миопия, — это нарушение зрения, при котором глаз не может четко видеть объекты на расстоянии.
Причиной близорукости является более выраженная кривизна роговицы и хрусталика (горизонтальная часть глазного яблока слишком длинная), в результате чего фокусное расстояние системы роговица-хрусталик уменьшается, из-за чего световые лучи от удаленной точки фокусируются перед сетчаткой. Бесконечные световые лучи не фокусируются на сетчатке, поэтому нервные клетки сетчатки не могут преобразовать световые волны в электрические сигналы для передачи в мозг.
Правильный ответ — C.
